0 引言

与传统的瓷绝缘子、玻璃绝缘子相比，复合绝缘子具有耐污能力强、质量小、维护方便等优点，此外，还具备良好的憎水性和憎水迁移性，可大大提高和改善配电线路的防污闪性能^[1-4]，多年的电网运行经验表明，复合绝缘子的憎水性由于受电网运行时间、外界污秽、电晕放电等外部因素的影响，其憎水性能会随着运行时间的增长逐步下降甚至完全丧失。复合绝缘子憎水性能的下降会导致其耐污闪电压能力显著下降，进而可能诱发配电线路污闪事故，造成线路接地故障^[4-6]。

为了保证配电线路的安全运行，有必要对复合绝缘子的憎水性进行定期检测。目前主要是应用人工喷水分级法对复合绝缘子憎水性进行离线检测，需要耗费大量的人力物力，工作效率低，不利于绝缘子的大面积巡检，且当绝缘子离开自身的运行环境时，其憎水性能也可能发生变化。此外，传统喷水分级检测法方法的检测结果会因技术人员的经验和技能水平不同而存在一定的差异性。针对目前国内在复合绝缘子憎水性在线自动检测技术研究存在的不足和实际需求，研发了一套复合绝缘子憎水性在线自动检测装置，实现了对绝缘子憎水性的自动、准确识别^[7]。

1 复合绝缘子憎水性在线自动检测技术原理及装置

复合绝缘子憎水性在线自动检测装置采用在带电线路杆塔上喷水并采集图像，然后在地面上分析绝缘子憎水性的在线自动检测方式，由喷水装置、摄像装置和安装有憎水性分析软件的便携式电脑组成。现场测量时，工作人员携带喷水装置和微型照像机登塔对绝缘子进行喷水和拍照，然后在地面利用憎水性分析软件获得绝缘子的憎水性等级。

1.1 便携式自动喷水装置

研制的便携式自动喷水装置在设计过程中严格遵照《电业安全工作规程》和《带电作业工具的设计原则》的规定和要求，并对参数的选定进行了严格的仿真计算。该装置采用分立式结构，由硅橡胶伞裙、绝缘护套、红外信号发射装置、空心绝缘杆、信号接收装置、微型电泵控制装置和喷水装置组成，其结构原理图如图 1所示。工作时，由位于绝缘杆尾部的红外信号发射装置发射红外控制信号，信号接收装置接收信号并触发元件的执行电路，最后，执行电路控制微型电泵进行喷水操作。该装置的空心绝缘杆可以根据不同的电压等级自由调节长度，此外，考虑到在对绝缘子喷水过程中可能会遇到逆风使水雾溅落在绝缘杆的端部，造成绝缘杆的绝缘强度下降，威胁操作人员的人身安全，在绝缘杆的中间加装了硅橡胶伞裙，阻断沿绝缘杆流下的液体，同时在绝缘杆末端制作了长约30 cm的绝缘护套，并在绝缘护套表面涂一层RTV绝缘材料，水在其表面以相互独立的水珠形式存在，很难形成连续的水迹，可使绝缘杆表面维持较高的绝缘性能，保证操作人员的人身安全。

1.2 绝缘子喷水图像拍摄装置

喷水图像的拍摄装置应满足以下几个要求：变焦性能优、存储量大、对焦速度快、曝光速度快、防抖性能优以及高像素拍摄功能等。拍摄装置选用尼康D810单反相机，其基本参数为：2090万像素、光学变焦12倍、数字变焦160倍、最近对焦距离10 mm~1 m、光学防抖。现场无风可直接拍摄静态憎水性图像，现场有风则采用拍摄动态录像，然后从录像中截取静态画面来获取憎水性图像。

1.3 憎水性分析软件

该软件采用模块化设计，共设计3个操作界面，即初始界面、主界面和子界面。

1.3.1 软件的操作界面功能设置

初始界面是软件运行时的首个界面，也是进入主界面的接口，点击界面中的“开始”即可跳转到主界面。初始界面如图 2所示。

软件的主界面是检测绝缘子憎水性等级的操作界面，也是该软件的核心部分，主界面如图 3所示。其主要功能有：读入图像、截图、图像增强和分割、绝缘子憎水性等级判定、特征量计算、数据保存、历史记录查询等。

子界面是应用主观法对绝缘子憎水性等级进行判定的操作界面。子界面如图 4所示。其主要功能是将读取的原始图像与给定的绝缘子憎水性等级标准图谱进行对比，并参考相关判据，最后评测出绝缘子的憎水性等级。

1.3.2 软件的设计原理及操作流程

憎水性分析软件引入图像处理技术和BP神经网络对绝缘子的憎水性等级进行识别，通过试验获取大量不同憎水性等级的绝缘子图像，采用直方图均衡^[8-9]对绝缘子憎水性图像进行增强预处理，采用自适应中值滤波^[10]去除噪声，然后利用二维Ostu阈值法^[11]对图像进行较为准确的分割，并提取4个可以反映绝缘子憎水性等级的特征量；再以这4个特征量作为输入量，憎水性等级为输出向量，建立基于BP神经网络^[12-14]的憎水性识别模型。利用该软件识别绝缘子憎水性的操作流程如图 5所示。

2 评价方法

文献[13]研究表明，复合绝缘子的憎水性和憎水迁移性具有明显的季节特征。

2.1 测量阶段划分

结合复合绝缘子的憎水性能随季节变化的特点，为准确合理地评价其憎水性能，在检测时，应注意季节因素影响，划分2个阶段测量。

（1）每年12月至次年1月为北方的冬季，环境相对恶劣，可以检测出复合绝缘子1 a中憎水性等级最弱时的参数；检测时间一般选在中午，环境温度在0 ℃以上，便于检测人员安全操作。

（2）每年6月至8月为北方的夏季，雨水较多。环境相对温和，可以检测出复合绝缘子1 a中憎水性等级最强时的参数，检测时间一般选在清晨或傍晚，便于检测人员安全操作。

2.2 动态评价方法

结合复合绝缘子憎水性随季节变化的特点，为了更加科学严谨地评价运行中复合绝缘子的憎水性能，提出基于冬季憎水性减弱检测和夏季憎水性恢复检测的动态评价方法。DL/T 864—2004规定了复合绝缘子憎水性等级检测周期，如表 1所示^[15]。

（1）冬季测量时，若检测结果为HC1—HC4，继续运行，下一个检测周期参照表 1；若检测结果为HC5，清除绝缘子表面污秽，继续跟踪检测；若检测结果为HC6—HC7，清除绝缘子表面污秽，继续检测，根据检测结果及表 1规定确定下1个检测周期。

（2）夏季测量时，若检测结果为HC1—HC4，继续运行，下一个检测周期参照表 1；若检测结果为HC5—HC7，应立即更换绝缘子。

3 装置的应用范围及效果试验

对在线自动检测装置进行严格的电气试验和检测，该装置可以实现远距离对复合绝缘子喷水和照相，制定完善的安全措施后，可在20 kV及以下电压等级的带电设备上使用。

选取从现场退运的30支复合绝缘子作为试样，这些复合绝缘子的运行年限、生产厂家、工作地点、检测日期各不相同，预先利用喷水分级法由该领域专家对这些复合绝缘子的憎水性等级进行综合判定。然后利用该装置对绝缘子样本进行喷水、拍摄及憎水性等级识别，将该装置的识别结果与预先判定的憎水性等级进行对比，以验证该装置的识别结果是否准确，并给出相应的合理建议，该装置的识别结果如表 2所示。

从表 2可知，该装置对HC4和HC5的识别准确率稍低，可能是由于相邻憎水性等级之间的相似性较高造成的；其他等级的判断正确率均达到100%；总识别率达到90%。若有误判也是发生在各相邻憎水性等级之间，在实际工程应用中影响不大。

4 结语

研发的复合绝缘子憎水性在线自动检测装置，实现了绝缘子憎水性在线检测，并能有效检测绝缘子的憎水性等级，准确率高达90%，可给运行人员提供数据支持和合理化建议。使用该装置，简化了工作流程，提高了工作效率，使大面积带电检测绝缘子憎水性等级成为可能，节约了人力物力，具有一定的经济性和工程实用价值。